(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェハとマスクとのギャップが設定値になるように位置決めする。【解決手段】マスクマークＭ1〜Ｍ３及び調整用マークＷＣ１〜ＷＣ３の撮像データを画像処理し、調整用マークＷＣ１〜ＷＣ３の十字状パターンの縦パターンＷＣ１ｖ〜ＷＣ３ｖの中心がマスクマークＭ１〜Ｍ３の第１の貫通孔の中心になるように位置決めし、十字状パターンの横パターンＷＣ１ｈ〜ＷＣ３ｈの中心と仕切り部の水平方向における中心線との距離が１００μｍとなるように位置決めし、ＣＣＤカメラの角度を３０度に、マスクマークＭ１とウェハマークＷ１との間隔を８６．６０３μｍにして、画像上で、マスクマークＭ１とウェハマークＷ１の間隔が１００μｍになるようにすると、調整用ウェハ面とマスク面とのギャップｇを設定値＝５０μｍとなるようにし、これを真値として、マスクマークＭ１の影Ｓの長さから求められるギャプ検査値の校正を行う。【選択図】図７
2007299805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハと前記半導体ウェハに重ねるように配置されたマスクの撮像領域に対して光を所定角度α傾けて照射する照明手段と、前記照明手段から前記半導体ウェハと前記マスクに照射された光の反射光を入射して、前記半導体ウェハ上に形成された位置決め用のウェハマークと前記マスクに形成したマスクマークを撮像する撮像手段と、前記撮像手段の撮像による撮像データを画像処理して前記ウェハマークの前記マスクマークに対する相対位置を認識する認識手段と、前記認識手段の認識結果を基に前記ウェハマークと前記マスクマークとの相対位置を制御する位置制御手段とを備えた位置合わせ装置による前記半導体ウェハ上面と前記マスク上面とのギャップ検出値の校正方法において、前記半導体ウェハのウェハマークに対応する位置に調整用マークを備え、前記マスクとの相対位置合わせをしたときに、前記調整用マークが、前記マスクマークの基準位置に対して、前記照明手段による前記マスクマークの影が伸びる方向に前記マスク上面に直交する方向から見て所定距離Lだけ離間する部位を有するように設計されてなる調整用ウェハを用意し、前記撮像手段からみた前記マスクマークの前記基準位置と前記調整用ウェハの前記部位との距離から定まる前記マスクと前記調整用ウェハとのギャップ値を真値として前記認識手段による認識結果に基づく前記ギャップ検出値の校正を行うことを特徴とするギャップ検出値の校正方法。
【請求項２】
前記調整用ウェハの前記調整用マークは、前記マスクと前記調整用ウェハを位置合わせしたときに、前記照明手段により照射される光の光軸と前記撮像手段の光軸とを含む平面に平行となるように設定されてなる第１の線状のパターンと、該第1の線状パターンと直交するように設定されてなる第２の線状のパターンとからなる十字状パターンであり、前記調整用ウェハの前記部位は前記第2の線状パターン上に設定されることを特徴とする請求項１に記載のギャップ検出値の校正方法。
【請求項３】
前記半導体ウェハ上面と前記マスク上面とのギャップの設定値をｇとしたときに、前記マスクが前記調整用ウェハと位置合わせ状態にあるときの前記所定距離Ｌが、前記ギャップの設定値ｇとの間にｇ=L・tanαが成り立つように設定されてなり、このときの前記調整用ウェハ上面と前記マスク上面とのギャップ値が前記設定値ｇとなる状態で前記校正を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載のギャップ検出値の校正方法。
【請求項４】
前記位置制御手段は、ピエゾ基準で前記ウェハマークと前記マスクマークとのギャップ方向の画素分解能を算出し、この算出結果から前記ウェハマークと前記マスクマークとのギャップを算出してなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項５】
前記マスクは、露光機またはイオン注入機に用いられるステンシルマスクで構成されてなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ上に設けた位置決め用のウェハマークと半導体ウェハに重ねるように配置されたマスクに形成したマスクマークに光を照射してその反射光を入射してウェハマークとマスクマークを撮像し、当該撮像による撮像データを画像処理して、ウェハマークとマスクマークとの相対位置を認識し、この認識結果を基にウェハマークとマスクマークとのギャップを設定値に制御するための位置決め装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、半導体露光装置、イオン注入装置、組立・検査装置、精密工作機械等に用いられる位置決め装置としては、高精度に位置決め可能なテーブルに位置決め対象物を載置（保持）し、位置決めが行われる。半導体露光装置、イオン注入装置等では、位置決め対象物である半導体ウェハを１区画（１チップ）毎に所定のパターンのマスクをウェハに対し、所定の微小隙間（ギャップ）を介して対向させて状態で露光、イオン注入等、所定の作業を行う場合がある。
【０００３】
このような場合、通常、半導体ウェハに各区画毎に設けられた位置決めマーク(ウェハマーク)とウェハマークに対応してマスクに設けられたマスクマークとを光源からの光で照明するとともに、光学的に検出し、その結果に基づき、半導体ウェハとマスクとの精密なパターン面内の位置合わせ及びギャップ調整が行われている。（例えば特許文献１）
【特許文献１】特開２００５−５４０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、位置決めマークを光学的に検出した結果に基づき位置調整を行うため、検出結果から求められる測定値が実際の位置ずれ量やギャップの値(真値)とできるだけ一致するようにするため、校正(キャリブレーション)を予め行うことが望ましい。例えば、マスクと半導体ウェハとのギャップ検出のための校正作業としては、静電容量型の変位計やレーザ変位計等の高精度な計測器を使用してギャップの値を実測し、その結果を基準として光学的検出結果を校正することが考えられる。しかしながら、半導体ウェハとウェハマークとのギャップを実測するのに、静電容量型の変位計（ＡＤＥ）やレーザー変位計等を用いたのでは、スペースや材質によっては半導体露光装置、イオン注入装置等に組み込むことが困難な場合がある。また、変位計として、高分解能センサを用いるときには、半導体ウェハやマスクに近づける必要があり、スペースの問題で高分解能センサを半導体ウェハやマスクから離れた位置に配置したのでは分解能が低下することになる。
【０００５】
また、高分解能センサを半導体ウェハやマスクに単に近づけると、高分解能センサが半導体ウェハまたはマスクに衝突する恐れがある。さらに、実測値を校正しないときには、半導体ウェハとマスクとのギャップを異なり、イオン注入位置に歪みが生じる恐れがある。
【０００６】
本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、別途専用の測定器を使用することなく校正が行え、半導体ウェハとマスクとのギャップが設定値になるように位置決めすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明は、半導体ウェハと前記半導体ウェハに重ねるように配置されたマスクの撮像領域に対して光を照射する照明手段と、前記照明手段から前記半導体ウェハと前記マスクに照射された光の反射光を入射して、前記半導体ウェハ上に形成された位置決め用のウェハマークと前記マスクに形成したマスクマークを撮像する撮像手段と、前記撮像手段の撮像による撮像データを画像処理して前記ウェハマークの前記マスクマークに対する相対位置を認識する認識手段と、前記認識手段の認識結果を基に前記ウェハマークと前記マスクマークとの相対位置を制御する位置制御手段とを備え、前記マスクとの相対位置合わせをしたときに、前記調整用マークが、前記マスクマークの基準位置に対して、前記照明手段による前記マスクマークの影が伸びる方向に前記マスク上面に直交する方向から見て所定距離Lだけ離間する部位を有するように設計されてなる調整用ウェハを用意し、前記撮像手段からみた前記マスクマークの前記基準位置と前記調整用ウェハの前記部位との距離から定まる前記マスクと前記調整用ウェハとのギャップ値を真値として前記認識手段による認識結果に基づく前記ギャップ検出値の校正を行うことを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、認識手段の認識による画像のうち調整用マークの画像とマスクマークの画像との位置とが画像上で所定の関係となるように、調整用マークとマスクマークとの相対位置を制御し、マスクマークと調整用マークとにより得られるギャップ値を基準としてマスクマークとその影とより得られるギャップ値の校正を行うことで別途専用の測定器を用いることなく半導体ウェハとマスクとのギャップを設定値に維持することができる。例えば、撮像手段の角度を３０度とし、マスクマークと調整用マークとの位置関係を８６．６０３μｍにして両者を配置すると、画像上で両者の間隔が１００μｍのときには、調整用ウェハ（調整用マーク）とマスク（マスクマーク）とのギャップは設定値＝５０μｍになる（８６．６０３μｍが直角三角形の底辺、１００μｍが直角三角形の斜辺、ギャップが角度３０度の対辺となり、ギャップ＝１００／２μｍ＝５０μｍ）。従って、半導体ウェハとマスクとのギャップの絶対位置精度の向上を図ることができる。
【０００９】
また、本発明においては、前記位置制御手段は、ピエゾ基準で前記ウェハマークと前記マスクマークとのギャップ方向の画素分解能を算出し、この算出結果から前記ウェハマークと前記マスクマークとのギャップを算出してなる構成とすることができる。また、前記マスクは、露光機またはイオン注入機に用いられるステンシルマスクで構成することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、半導体ウェハとマスクとのギャップの絶対位置精度の向上に寄与することができるとともに、半導体ウェハとマスクとの衝突を防止することで、不良品の発生を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１には、本実施の形態に係る半導体位置決め装置（以下、単に位置決め装置という）１０が示されている。
【００１２】
位置決め装置１０は、定盤１２に対して支柱１４が立設され、支柱１４の上端には、天板１６が取付けられ、位置決め装置１０の筐体を構成している。
【００１３】
位置決め装置１０は、半導体ウェハ１８を対象として、当該半導体ウェハ１８を位置決めする役目を有している。
【００１４】
位置決め装置１０の定盤１２上には、ワーク位置決めステージ部２０と、マスクステージ部２２と、が設置されている。
【００１５】
ワーク位置決めステージ部２０は、ベース２４と、ベース２４上に設けられて第１のスライダ２６をＸ軸方向に摺動可能に支持するＸ軸方向摺動装置２８及び第１のスライダ２６をＸ軸方向に駆動するＸ軸方向駆動装置２９とを備えている。また、第１のスライダ２６上には第２のスライダ３０が設けられ、この第２のスライダ３０は、Ｙ軸方向摺動装置３２により、Ｙ軸方向に摺動可能に支持され、図示しないＹ軸方向駆動装置によりＹ軸方向に駆動される。
【００１６】
また、第２のスライダ３０には、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に位置決めされる半導体ウェハ１８等の試料ベースとしてのワークステージ３４が支持されている。
【００１７】
ワークステージ３４には、半導体ウェハ１８を保持するウェハチャック３６が取付けられている。
【００１８】
半導体ウェハ１８は、このウェハチャック３６に支持された状態で固定されるようになっている。なお、ウェハチャック３６は、チャックした半導体ウェハ１８の６自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向及び各軸周りの回動）の微調整が可能な機構を有している。
【００１９】
上記構成のワーク位置決めステージ部２０により、ウェハチャック３６は、ＸＹ平面内のステップ送り及び６自由度の微小な位置及び姿勢の調整が可能となる。
【００２０】
ワークステージ３４よりも上方には、マスクステージ部２２の一部を構成するマスクチャック３８が、第２のステージ３０に対向配置されている。マスクチャック３８は、ウェハチャック３６との対向面にマスク４０を保持している。また、マスクチャック３８は、マスクθ軸ベース４２に支持されており、θ軸方向（ＸＹ平面内の回転方向）の調整が可能となっている。
【００２１】
また、マスクθ軸ベース４２は、マスクＺ軸方向移動機構４４に支持されている。さらに、マスクＺ軸方向移動機構４４は、マスク用Ｘ−Ｙテーブル４６に支持されている。なお、マスク用Ｘ−Ｙテーブル４６は、ワーク位置決めステージ部２０と同様の構成であるため、構成の説明は省略する。
【００２２】
このマスクステージ部２２により、マスク４０は、Ｘ−Ｙ−Ｚ−θの各軸方向への調整が可能となっている。
【００２３】
位置決め装置１０の筐体を構成する天板１６は、その中央部（半導体ウェハ１８が位置決めされる基準となる軸周り）に開口部１６Ａが設けられている。天板１６には、半導体ウェハ１８に設けた位置決め用のウェハマークＷ１乃至Ｗ３（図２参照）を検出し、半導体ウェハ１８のワークステージ３４上の位置を調整するためのアライメントユニット５０が取付けられている。図１では１組のみ示しているが、それぞれのウェハマークＷ１乃至Ｗ３に対応し、１組ずつ、計３組のアライメントユニット５０が配されている。
【００２４】
図２に示される如く、シリコン基板である半導体ウェハ１８の表面には、例えば、３０ｍｍ×３０ｍｍ程度のパターン領域１８Ａがマトリクス状に多数配置されている。各パターン領域１８Ａ間には後のチップ切り出しのための、例えば、数十ミクロン幅の隔離領域１８Ｂが格子状に形成されている。この隔離領域１８Ｂ内の適当な場所に１つの領域につき３つのウェハマークＷ１〜Ｗ３がシリコン酸化膜によって予め形成されている。図示の例では、ウェハマークＷ１、Ｗ２がＹ軸方向に沿う線状のパターン、ウェハマークＷ３がＸ軸方向に沿う線状のパターンに生成されている。アライメントユニット５０の設置される向きはこれらのパターンの向きに応じて決定される。なお、図２では、ハッチングを施した中央のパターン領域１８Ａに対応するウェハマークＷ１〜Ｗ３のみを示しているが、全てのパターンの周囲に同様にウェハマークＷ１〜Ｗ３が配されている。
【００２５】
シリコン酸化膜の部分は、周囲のシリコンの部分と比べて反射率が低く、暗いため、ウェハマークＷ１〜Ｗ３は観測可能である。また、ウェハマークＷ１〜Ｗ３のパターンは、上記に限らず、ウェハマークＷ１〜Ｗ３に基づき、マスク４０と半導体ウェハ１８との位置合わせが可能なものであればよい。例えば、上記と同様の線状のパターンを用いる場合、1つをＸ軸方向に沿う直線状のパターン、1つをＹ軸方向に沿う直線状のパターン、残りをＸ軸方向及びＹ軸方向に対して４５度傾いた方向となるように設定してもよい。
【００２６】
なお、ウェハマークＷ１、Ｗ２、Ｗ３はパターン部のシリコン酸化膜を周囲の部分と面一あるいは僅かに隆起した状態とすることで得ることができるが、この代わりに、半導体ウェハ１８上にシリコン酸化膜の直線状のパターンを突出させる直線状パターンとしてもよい。あるいは逆にウェハマークＷ１、Ｗ２、Ｗ３をシリコンとしてその周囲をシリコン酸化膜で囲むようにしてもよい。
【００２７】
アライメントユニット５０では、このウェハマークＷ１、Ｗ２、Ｗ３を検出することで、半導体ウェハ１８の位置を認識し、位置決め補正を実行するデータを生成することになる。
【００２８】
図３は、マスク４０を説明する説明図である。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ方向における断面図である。
【００２９】
マスク４０は、例えば、露光機やイオン注入機等に用いられるステンシルマスクであり、外形が円形状で相対的に厚手の周縁部４０Ａ、この内側の領域の相対的に薄手のメンブレン部４０Ｂ、メンブレン部４０Ｂの中央部の形成すべきパターンに対応したパターンを有するマスクパターン部４０Ｃ、マスクパターン部４０Ｃの周囲の半導体ウェハ１８のウェハマークＷ１乃至Ｗ３に対応する位置にそれぞれ形成されたマスクマーク（貫通孔）Ｍ１乃至Ｍ３、周縁部４０Ａに形成されたプリアライメント用の切欠部４０Ｄ、並びに粗調整用のグローバルアライメントマーク４０Ｅを有している。
【００３０】
マスク４０は、例えば、シリコンであり、直径４インチ、周縁部４０Ａの厚さ０．５ｍｍ、この中央領域のメンブレン部４０Ｂの厚さ１０μｍである。
【００３１】
また、本実施の形態のマスク４０のマスクマークＭ１乃至Ｍ３は、図４に示される如く、複数の貫通孔の集合体で構成されている。各マスクマークＭ１〜Ｍ３は対応するウェハマークＷ１〜Ｗ３のパターンが後述の仕切り部７０、７１と略平行となるような向きに設けられている。また、アライメントユニット５０を設置する向きは、光軸を含む平面が仕切り部７０、７１と設計上、平行となるように設定されている。
【００３２】
図４は、ＣＣＤカメラ５４（図１参照）を構成する多数の画素がマトリックス状に配置されてなる視野領域（図４外側の四角形で囲まれた領域）５４Ａに対する１つのマスクマーク（ここでは、マスクマークＭ１とする）の拡大図が示されている。
【００３３】
なお、ＣＣＤカメラ５４の視野領域５４Ａは、照明光源ユニット５２からの照明により、均一な光が照射されている。
【００３４】
第１の貫通孔６０は、ウェハマークＷ１が粗調整によって位置決めされる領域であり、この第１の貫通孔６０の左辺に沿って、かつ当該左辺の寸法（縦寸法）と同一の長手方向寸法を持つ、縦長の第２の貫通孔６２が設けられている。
【００３５】
さらに、第１の貫通孔６０の右辺側には、第３と第４の貫通孔６４、６６が設けられ、これらは縦列配置されている。この第３と第４の貫通孔６４、６６の縦方向寸法及びこれらの隙間の寸法を足した寸法が、第１の右辺の寸法（縦寸法）と同一の寸法となっている。
【００３６】
これにより、第１乃至第４の貫通孔６０、６２、６４、６６を囲む領域は矩形状となる（図４の一点鎖線領域Ｍ１（Ｍ２、Ｍ３）参照）。
【００３７】
ここで、第２乃至第４の貫通孔６２、６４、６６は、それぞれ隣接する貫通孔との間に線幅の仕切り部が形成されることになる。
【００３８】
貫通孔６４と６６との間の仕切り部７２は、図４に示す如く、ＣＣＤカメラ５４から見て半導体ウェハ１８の露出部分のうち、マスク４０による影Ｓの部分と重なるように設定される。
【００３９】
第１の貫通孔６０と第２の貫通孔６２との間の仕切り部７０及び第１の貫通孔６０と第３の貫通孔６４との間の仕切り部７１はマスクマークＭ１に対するウェハマークＷ１の図４で横方向のずれ量を求めるのに用いられる。一方、マスク４０上面と半導体ウェハ１８上面とのギャップは、マスクマークＭ１の影の長さ（図４の距離Ｇ）から求められる。すなわちギャップをｇ、ＣＣＤカメラ５４及び照明光源部５２の取り付け角度α(後述の図５参照)とした場合、影の長さGとの間にG＝２ｇ・ｓｉｎαなる関係がある。例えば取り付け角度αが３０度の場合、ｇ＝Ｇとなる。
【００４０】
また、図４の寸法Ａ及び寸法Ｂを検出することで、ＣＣＤカメラ５４の視野領域５４Ａと、マスクマークＭ１との相対位置関係を認識することができ、予め定めた基準寸法との差分に応じて、微調整を行うことで、相対位置関係を常に一定に維持することが可能となっている。
【００４１】
なお、この相対位置関係の位置調整は、ＣＣＤカメラ５４を移動することで実行される。このため、図１に示される如く、天板１６上の撮像部５６は、カメラ用Ｘ−Ｙテーブル７４に支持されている。なお、カメラ用Ｘ−Ｙテーブル７４は、前述した位置決めステージ部２０（図１参照）と同様の構成であるため、構成の説明は省略する。
【００４２】
図１に示される如く、アライメントユニット５０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）ＬＤを光源とする照明光源部５２と、複数のレンズからなる結像光学系５３、ＣＣＤカメラ５４を備えた撮像部５６とによって構成される。
【００４３】
なお、センサとしてはＣＣＤに限らず、公知の画像処理を行える撮像データの得られるセンサを備えたカメラであれば、これに代えてもよい。照明光源部５２の光軸と、撮像部５６のＣＣＤカメラ５４の光軸とをウェハマークＷ１の面の法線に対して左右対称となるように配置し、照明光源部５２から出射した照明光がウェハマークＷ１で反射して撮像部５６のＣＣＤカメラ５４の入射光となるようにしている。なお、ウェハマークＷ２及びＷ３については、上記と同様の構成（すなわち、計３組のアライメントユニット５０が天板１６上に配置されている。）であるので、構成の説明は省略する。
【００４４】
マスク４０の位置は、予めグローバルアライメント用マーク４０Ｅ（図３参照）を観測することによって粗調整されており、更に半導体ウェハ１８上の所定の基準を用いてワークステージ３４の位置を粗調整する。これにより、ステップ送りにより半導体ウェハ１８のパターンを転写する位置にマスクパターン部４０Ｃが対向するように位置決めされた際に、半導体ウェハ１８のウェハマークＷ１がマスクパターンＭ１の貫通孔６０内に位置するように調整する。更に、半導体ウェハ１８上の１つのパターン領域１８Ａにマスク４０のパターン部４０Ｃが対向された状態で、ＣＣＤカメラ５４によってマスク４０のマスクマークＭ１とウェハマークＷ１との画像データが同時に取り込まれる。他の２箇所についても同様にマスクークＭ２(Ｍ３)とウェハマークＷ２(Ｗ３)との画像データが同時に取得される。得られた３箇所の画像データに基づき、マスク４０と半導体ウェハ１８との位置合わせ（マスク４０と半導体ウェハ１８とのギャップ調整及びＸＹ平面内の位置合わせ）が前記６自由度微動機構により行われる。
【００４５】
図1に示される如く、アライメントユニット５０の一部を構成する照明光源部５２は、筐体７６に収容されて、天板１６上に固定配置されている。筐体７６には、発光ダイオードＬＤを保持する図示しない保持体が設けられており、前述したように、マスク４０への光軸を一定に維持している。
【００４６】
図１及び図５に示される如く、発光ダイオードＬＤから照射される光（通常は拡散光）は、照射光として、当該照射方向に配設された複数のレンズや、均一な明るさでより広い範囲を照明するためのガラス製のロッドなどからなる照明光学系７８を経由し、マスクマークＭ１を含む領域（図４の照明エリア）をほぼ均一に照明する。
【００４７】
また、本実施の形態では、マスク４０と半導体ウェハ１８とのギャップ検出の校正を行うための専用の調整用ウェハを使用する。この調整用ウェハは、材質やサイズは、被処理半導体ウェハ１８と同じもので、半導体ウェハ１８のウェハマークＷ１、Ｗ２、Ｗ３に対応する位置に専用の調整用マークＷＣ１、ＷＣ２、ＷＣ３を備えるものである。この調整用マークＷＣ１(ＷＣ２、ＷＣ３)は十字状のパターンからなるものである。十字状パターンのうちＣＣＤカメラ５４の視野内において、図６で、略垂直方向の第1の線状パターンＷＣ１v(ＷＣ２v、ＷＣ３v)は半導体ウェハ１８のウェハマークＷ１(Ｗ２、Ｗ３)に相当するもので、調整用ウェハとマスク４０とのＸＹ平面内の位置合わせのために用いられる。第1の線状パターンＷＣ１v(ＷＣ２v、ＷＣ３v)を用いて、半導体ウェハ１８の場合と同じ要領でマスク４０に対して調整用ウェハをＸＹ平面内で位置合わせする。本実施の形態では、３箇所の第1の線状パターンＷＣ１v(ＷＣ２v、ＷＣ３v)がそれぞれ対応するマスクマークＭ１、Ｍ２、Ｍ３の仕切り部７０及び７１のちょうど中央に位置するように調整すると、マスク４０と調整用ウェハとが位置合わせされた状態となるように設定されている。なお、この位置合わせ状態で、第１の線状パターンＷＣ１v(ＷＣ２v、ＷＣ３v)は、設計上、照明光源部５２の光軸及びＣＣＤカメラ５４の光軸を含む平面に平行となり、したがって、図6に示すとおりマスクマークの仕切り部７０及び７１にも平行となるように設定されている。
【００４８】
十字状パターンのうち第１の線状パターンＷＣ１v(ＷＣ２v、ＷＣ３v)と直交する第2の線状パターンＷＣ１ｈ(ＷＣ２ｈ、ＷＣ３ｈ)がギャップ検出値の校正に用いられる。マスク４０と調整用ウェハとが上記のように位置合わせされた状態のときに、第２の線状パターンＷＣ１ｈ(ＷＣ２ｈ、ＷＣ３ｈ)がそれぞれ対応するマスクマークＭ１、Ｍ２、Ｍ３に対して所定の位置関係となるように設定されている。具体的には、本実施の形態では、マスク４０と調整用ウェハとがＸＹ平面内で位置合わせ状態にあるとき、第２の線状パターンＷＣ１ｈ(ＷＣ２ｈ、ＷＣ３ｈ)が、第１の貫通孔６０、第２の貫通孔６２、及び第４の貫通孔６６内に位置し、かつ、マスク４０の面に垂直な方向から見た場合の、仕切り部７２との中心間距離(所定距離L)が、マスク４０の上面と半導体ウェハ１８の上面とのギャップの設定値ｇとの間にｇ=L・tanαなる関係を満たすように設定している(図7参照)。本実施の形態ではギャップの設定値ｇを50μm、αを30度と設定しており、したがって、Lはおよそ８６．６０３μmとしている。このような条件では、ＣＣＤカメラ５４の方向から見た場合での第２の線状パターンＷＣ１ｈ(ＷＣ２ｈ、ＷＣ３ｈ)と仕切り部７２との距離(中心間距離)が１００μmのとき、マスク４０の上面と調整用ウェハ上面とのギャップは、設定値である５０μmとなる。なお、調整用マークＷＣ１（ＷＣ２、ＷＣ３）はすべてのパターン領域１８Ａに対応して設けるようにしてもよく、1箇所あるいは一部のパターン領域１８Ａに対応して設けるようにしてもよい。以下に、本実施の形態におけるギャップ検出値の校正作業の手順及び作用を説明する。
【００４９】
(調整用ウェハの位置決め)
まず、露光やイオン注入を施す半導体ウェハ１８の場合と同様に、調整用ウェハをウェハチャック３６に保持し、Ｘ軸方向駆動装置２９及び図示しないＹ軸方向駆動装置により調整用マークＷＣ１、ＷＣ２、ＷＣ３がＣＣＤカメラ５４の視野内に位置するように調整用ウェハを粗位置決めする。
【００５０】
次いで、やはり半導体ウェハ１８の場合と同様に調整用ウェハのＸＹ平面内の位置合わせを行う。すなわち、ＣＣＤカメラ５４により撮像されるマスクマークＭ１（Ｍ２、Ｍ３）及び対応する調整用マークＷ１（Ｗ２、Ｗ３）の画像データを取込み、その結果に基づき、3箇所の第1の線状パターンＷＣ１ｖ（ＷＣ２ｖ、ＷＣ３ｖ）がいずれも、図６に示すように、仕切り部７０及び７１のちょうど中央に位置するように６自由度微動機構によりウェハチャック３６の位置調整を行う。このように位置調整された状態において、マスク４０の面に垂直な方向から見た場合の、仕切り部７２と第２の線状パターンＷＣ１ｈ(ＷＣ２ｈ、ＷＣ３ｈ)との距離(中心間距離)が、本実施の形態では図７に示すように前記所定距離Ｌである８６．６０３μmとなる。
【００５１】
(画素分解能の算出)
ＣＣＤカメラ５４を構成する画素分解能を予め求めておく。具体的には、６自由度微動機構により、Ｚ軸方向にウェハチャック３６を所定量、例えば１μm、遠ざけた(あるいは近づけた)場合にＣＣＤカメラ５４の視野において第２の線状パターンＷＣ１ｈ(ＷＣ２ｈ、ＷＣ３ｈ)が図6で上下方向に何画素分移動したかを調べる。これにより、ＣＣＤカメラ５４の方向から見た場合の１画素当りの距離が求められる。前提として、６自由度微動機構によるＺ軸方向移動量が正確であることが保証されている必要がある。一例として、Z軸方向のアクチュエータとしてピエゾアクチュエ一夕を使用している場合に、ピエゾアクチュエ一タの伸縮量(＝実際のウェハチャック３６のＺ軸方向移動量)を、例えば高分解能の歪ゲージにより検出し、その測定値により保証する方法が挙げられる。
【００５２】
(ギャップ検出値の校正)
画素分解能が求められれば、ＣＣＤカメラ５４の方向から見た場合の仕切り部７２と第２の線状パターンＷＣ１ｈ(ＷＣ２ｈ、ＷＣ３ｈ)との正確な距離がわかる。例えば、本実施の形態では、ＣＣＤカメラ５４及び照明光源部５２の取り付け角度αが３０度であるから、図７に示すとおり、ＣＣＤカメラの方向から見た揚合の仕切り部７２と第２の線状パターンＷＣ１ｈ(ＷＣ２ｈ、ＷＣ３ｈ)との距離が１００μmである場合、マスク４０の上面と調整用ウェハの上面との距離は設定値である５０μmとなる。このときのＣＣＤカメラ５４の方向から見た場合の影Ｓの長さ(図４のＧ)は、前記のとおり、取り付け角αが３０度であれば、マスク４０の上面と半導体ウェハ１８とのギャップの設定値ｇと等しいはずである。したがって、６自由度微動機構により、ＣＣＤカメラ５４の方向から見た場合の仕切り部７２と第２の線状パターンＷＣ１ｈ(ＷＣ２ｈ、ＷＣ３ｈ)との距離が１００μmとなるようにウェハチャック３６のＺ軸方向位置を調整し、このときの、画像データから求められる影Ｓの長さが５０μmであれば、影Ｓを利用したギャップ測定値が正確であることになる。画像データから求められる影Ｓの長さが５０μmに一致しない場合は、このときのギャップｇの真値は５０μmとしてこれを基準として校正する。上記のようにギャップｇの検出値の校正を行うようにしたので、校正のために例えば静電容量型変位計等専用の測定器やこれを設置するための余計なスペースを必要としない。また、半導体ウェハ１８の代わりに専用の調整用ウェハを半導体ウェハ１８の場合と全く同様にウェハチャック３６に保持させるだけで校正が可能なので、校正の際にも装置全体の真空状態を維持すること;ができる。したがって、必要な場合にいつでも容易に校正を行うことができる。
【００５３】
以下に、本実施の形態の位置決め装置１０の作用を説明する。
【００５４】
（半導体ウェハ１８の位置決め）
試料としての半導体ウェハ１８に露光やイオン注入などの処理を施す際は、塵埃を嫌うなどのため、真空中での作業が多い。このため、本実施の形態の位置決め装置１０も真空中での作業を前提としている。
【００５５】
まず、半導体ウェハ１８をウェハチャック３６により保持した状態でワークステージ３４に載置される。ワークステージ３４は、第１のスライダ２６をＸ軸方向へ移動し、第２のスライダ３０をＹ軸方向へ移動することで、半導体ウェハ１８の平面的な位置決めを行う。
【００５６】
次に、ウェハチャック３６自体が６自由度で微調整が可能であるため、半導体ウェハ１８は、精度よく位置決めが可能となる。
【００５７】
半導体ウェハ１８への処理を施す場合、マスク４０を必要とする。このため、ワークステージ３４よりも上方には、マスクチャック３８が、当該ワークステージ３４に対向配置されている。
【００５８】
このマスクチャック３８にマスク４０を保持することで、半導体ウェハ１８に対してマスク４０を施すことができる。
【００５９】
マスクチャック３８は、マスクθ軸ベース４２に支持されており、θ軸方向の調整が可能であり、マスクＺ軸方向移動機構４４に支持されているため、Ｚ軸方向へマスク４０を移動させることができる。
【００６０】
さらに、マスクＺ軸方向移動機構４４は、マスク用Ｘ−Ｙテーブル４６に支持されているため、マスク４０は、Ｘ−Ｙ軸方向への調整が可能である。
【００６１】
すなわち、マスク４０は、Ｘ−Ｙ−Ｚ−θの各軸方向へ調整が可能であり、これらを用いて予め前記のグローバルアライメントが行われた状態となっている。
【００６２】
（半導体ウェハ１８とマスク４０との微調整）
図６に示される如く、アライメントユニット５０によってマスクマークＭ1（Ｍ２、Ｍ３）及びウェハマークＷ1（Ｗ２、Ｗ３）の撮像データを得て、その撮像データを画像処理すると、マスクマークＭ１（Ｍ２、Ｍ３）のうち第１の貫通孔６０内にウェハマークＷ１（Ｗ２、Ｗ３）の十字パターンの中心部の画像が写し出され、この画像の影の長さＧを基にウェハマークＷ１(Ｗ２、Ｗ３)とマスクマークＭ１（Ｍ２、Ｍ３）とのギャップ(間隔)gを算出するとともにウェハマークＷ１（Ｗ２、Ｗ３）のマスクマークＭ１（Ｍ２、Ｍ３）に対する横方向のずれ量を算出する。
【００６３】
各測定結果に基づいて６自由度微動機構により、ウェハチャック３６の位置を微調整し、マスク４０と半導体ウェハ１８とのＸＹ平面内の位置合わせとともに半導体ウェハ１８とマスク４０間の距離を均等な所定値にし、（ギャップ調整）半導体ウェハ１８とマスク４０のパターン位置を正確に合わせる。このとき、事前に上記のような校正作業を経ており（必要に応じ補正を加え）影Ｓの長さの測定値から正確なギャップを求められるようにしていることで、半導体ウェハ１８とマスク４０とのギャップｇの絶対位置精度の向上を図ることができる。
【００６４】
この後、露光装置を作動させて（感光材料を塗布した）半導体ウェハ１８に露光潜像を形成する。ステップ送り、上記のこのような位置合わせ、及び露光を半導体ウェハ１８上の全てのパターン領域１８Ａについて行った後に半導体ウェハ１８は露光装置から搬出され、現像、エッチングなどを行って半導体ウェハ１８に所望のパターンを形成する。イオン注入の場合にも、同様のプロセスによって半導体ウェハ１８とマスク４０間のアライメント調整を行うことができる。
【００６５】
本実施例によれば、ＣＣＤカメラ５４の角度を３０度としたときに、調整用ウェハの位置合わせを行いマスクマークＭ１（Ｍ２、Ｍ３）とウェハマークＷ１（Ｗ２、Ｗ３）との位置関係（両者の間隔）を８６．６０３μｍにして、画像上で、マスクマークＭ１（Ｍ２、Ｍ３）とウェハマークＷ１（Ｍ２、Ｍ３）の間隔が１００μｍになるようにした状態で影Ｓの長さに基づいて得られるギャップ検査値を校正するようにしたため、半導体ウェハ１８のウェハ面１８ａとマスク４０のマスク面４０ａとのギャップｇを設定値＝５０μｍに維持することができ、半導体ウェハ１８とマスク４０とのギャップｇの絶対位置精度の向上に寄与することができる。この結果、イオン注入装置においては、半導体ウェハ１８のチップ内ギャップｇが均一となり、ギャップばらつきに起因する注入位置歪みを低減することができる。さらに、ギャップｇをより小さくすることが可能となり、ビームばらつきに起因する注入位置歪みを低減することができる。
【００６６】
また、本実施例によれば、半導体ウェハ１８とマスク４０との衝突事故が無くなるので、不良品の発生を低減できるとともに、衝突に伴うマスク４０の破損を防止することができる。
【００６７】
さらに、客先のスケール（ステップ精度）基準でギャップを校正することができる。また、アライメントシステムを利用しているので、特別なセンサを用いる必要が無くなる。
【００６８】
なお、上記実施の形態では、マスクマークＭ１(Ｍ２、Ｍ３)の仕切り部７２をマスクマ一クの基準位置として、これと第２の線状パターンＷＣ１ｈ(ＷＣｈ２、ＷＣｈ３)とを、上記のようなマスク４０の上面と半導体ウェハ１８の上面とのギャップ検出値の校正のために用いているが、これに限定されるものではない。例えば、これに代えて、貫通孔６０の上辺を基準位置とし、これと第２の線状パターンＷＣ１ｈ(ＷＣｈ２、ＷＣｈ３)とを、マスク４０の上面と半導体ウェハ１８の上面とのギャップ検出値の校正のために用いてもよい。
【００６９】
また、調整用ウェハのＷＣ１ｈ(ＷＣｈ２、ＷＣｈ３)を十字状パターンとしたが、これに限定されず、調整用パターンが、半導体ウェハ１８のウェハマークＷ１（Ｗ２、Ｗ３）に対応する位置に設けられ、マスクとのＸＹ平面内の位置合わせが可能なパターンで、かつ、マスクマークの基準位置との距離に基づいて上記のような校正を行うための基準として使用可能なパターンであれば、これに限定されない。
【００７０】
さらに、上記実施の形態では、ＣＣＤカメラ及び照明用光源の取り付け角αを３０度としたが、これに限られない。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態に係る位置決め装置を示す照明図である。
【図２】半導体ウェハの平面図であり、１チップ毎の区画、並びに１チップ毎のウェハマークをの位置を示す平面図である。
【図３】（ａ）はマスクの平面図、（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】照明エリア及びＣＣＤカメラの視野領域との相対関係を示すマスクマークの拡大平面図である。
【図５】アライメントユニットの正面図である。
【図６】アライメントユニットによるマスクマーク及び調整用ウェハの調整用マークの検出状態を示す平面図である。
【図７】マスクマークと調整用ウェハの調整用マークの位置関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
Ｗ１乃至Ｗ３    ウェハマーク
ＷＣ１乃至ＷＣ３  調整用マーク
ＷＣ１ｖ乃至ＷＣ３ｖ  第１の線状パターン
ＷＣ１ｈ乃至ＷＣ３ｈ  第２の線状パターン
Ｍ１乃至Ｍ３    マスクマーク
ＬＤ    発光ダイオード
１０    半導体位置決め装置
１２    定盤
１４    支柱
１６    天板
１６Ａ    開口部
１８    半導体ウェハ
２０    移動ステージ部
２２    作業ステージ部
２４    ベース
２６    第１のスライダ
２８    Ｘ軸方向摺動装置
３０    第２のスライダ
３２    Ｙ軸方向摺動装置
３４    ワークステージ
３６    ウェハチャック
３８    マスクチャック
４０    マスク
４０Ａ    周縁部
４０Ｂ    メンブレン部
４０Ｃ    マスクパターン部
４０Ｄ    切欠部
４０Ｅ    グローバルアライメントマーク
４２    マスクθ軸ベース
４４    マスクＺ軸方向移動機構
４６    マスク用Ｘ−Ｙテーブル
５０    アライメントユニット
５２    照明光源部
５４    ＣＣＤカメラ
５４Ａ    視野領域
６０    第１の貫通孔（主貫通孔）
６２    第２の貫通孔（副貫通孔）
６４    第３の貫通孔（副貫通孔）
６６    第４の貫通孔（副貫通孔）
７０    仕切り部（第１の仕切り部）
７２    仕切り部（第２の仕切り部）
７４    カメラ用ＸーＹテーブル（撮像素子用テーブル）
７６    筐体
７８    照明光学系
８０    集光レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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